Диссертация (792772), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Также при проведении этих экспериментов будут подтвержденыулучшения массогабаритных показателей электропривода ЭТС при использованииОППН в составе системы тягового электрооборудования электромобиля.В таблице Б.1-Б.5 приложения Б сведены параметры инверторов,электродвигателей и АБ. Параметры обратимого преобразователя, рассчитанногопо методике, приведенной во 2-й главе настоящей работы, сведены в таблицу 2.3.Так как параметры ОППН охватывают широкий диапазон входных и выходныхнапряжений и токов, один спроектированный преобразователь был использовандля всех трех вариантов экспериментов.Исходные и расчетные данные, приведенные в таблицах Б.1-Б.4, былииспользованы при математическом моделировании электромобиля с ОППН всиловой установке.991004.3.
Построение имитационной модели тяговой системы электромобиля4.3.1. Имитационная модель аккумуляторной батареи в средеMatlab/SimulinkВбиблиотекахSimulinkсуществуютготовыеблок-моделиэлектротехнических элементов, в том числе аккумуляторной батареи в видеобобщенной динамической модели [22,72,81]. Эти модели построены на основеуравнений (3.1-3.5). На рисунке 4.2. (а, б) приведен общий вид и блок настройкипараметров АБ.Рисунок 4.2 – Общий вид АБ (а) и вкладка блока установки параметров (б)Приведенная обобщенная модель имеет возможность имитировать АБчетырех наиболее распространенных типов: свинцово-кислотные (Lead-Acid); литий-ионные (Li-ion); никель-кадмиевые (Nicel-Cadmium); никель-металлогидридные (Nicel-Metal-Hydride).В качестве исходных данных задается три параметра: номинальное напряжение, В (Nominal Voltage);100101 номинальная емкость, А·ч (Rated Capacity); начальное состояние уровня заряда, % (Initial state-of-charge).Блок измерения параметров на выходе АБ показывает текущее значение тока,напряжение и уровень заряда (SOC).
Преимуществом данной модели является еёпростота в использовании.4.3.2. Имитационная модель синхронного двигателя с постояннымимагнитами в среде Matlab/SimulinkВ библиотеке Machines имеются все существующие типы электродвигателей,в том числе Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронный двигатель спостоянными магнитами СДПМ). Модель СДПМ реализована на основематематических моделей (3.13 и 3.14) и в зависимости от характера нагрузки можетработать как в двигательном, так и в генераторном режиме.На рисунке 4.3 (а, б, в) показаны общий вид модели СДПМ и вкладки блоковнастройки параметров.Рисунок 4.3 – Имитационная модель СДПМ (а) и вкладки блоков установкипараметров (б,в)101102Как видно из рисунка 4.3(а), на вход модели подается трехфазное напряжениена клеммы A, B, C, а механическая нагрузка подается на вход Tm.
Выходныехарактеристики, такие как частота вращения ротора ω, электромагнитный моментдвигателя M (Te) и токи статора ias, ibs, ics, можно вывести с помощью измерителясигналов m.Во вкладках настройки параметров, приведенных на рисунке 4.3 (б, в),необходимо задавать следующие параметры электрической машины: Stator phase resistance Rs (фазное сопротивление обмотки статора, Ом); Armature inductance Ls (индуктивность обмотки статора, Гн); Flux linkages ψ (потокосцепление, Вб); Inertia J (момент инерции ротора, кг·м2); Viscous damping F (коэффициент вязкого демпфирования, Н·м·с); Pole pairs p (число пар полюсов); Static friction Tf (трение покоя или статическое трение, Н·м).Регулирование частоты вращения и крутящего момента осуществляется сиспользованием трехфазного инвертора с соответствующей системой управления.4.3.3.
Имитационная модель трехфазного инвертораВ библиотеке SimPowerSystem, в разделе Power Electronics, имеютсяразличные полупроводниковые приборы, в том числе Universal bridge (модульныйуниверсальный мост). В этой модели реализован трехфазный преобразовательнапряжения с использованием шести силовых ключей, соединенных по трехфазноймостовой схеме.Конфигурация и тип силовых ключей выбираются из диалогового окнанастройки параметров.Данная универсальная модель позволяет имитировать преобразователь сиспользованием следующих типов силовых ключей:102103 диоды; тиристоры; транзисторы типа GTO; транзисторы типа Mosfet; транзисторы типа IGBT; идеализированный ключ.На рисунке 4.4 (а, б) представлен общий вид универсального преобразователяи диалоговое окно настройки параметров преобразователя.Рисунок 4.4 (а, б) – Общий вид универсального преобразователя и диалоговоеокно блока настройки параметровПри построении имитационной модели силового электрооборудованияэлектромобиля универсальный преобразователь реализован с использованиемсиловых IGBT-транзисторов [52,57].4.3.4.
Построение имитационной модели системы управления«инвертор-двигатель»Формирование напряжения управления на выходе инвертора обеспечиваетсясистемой управления (СУ), показанной на рисунке 4.5, которая состоит из блоказадания скорости, блока регуляторов, блока координатных преобразований иШИМ-генератора.103104Рисунок 4.5 – Система управления инвертор-двигательКонечным выходным сигналом системы управления являются импульсы,которые управляют силовыми ключами инвертора, формируя таким образомнапряжения требуемой формы на выходе инвертора и соответственно на входдвигателя. Эти блоки, имитирующие регуляторы и координатные преобразования,реализованы на основе уравнений Кларка (3.6, 3.7) и Парка (3.8, 3.9) [13,25].
Однимиз основных узлов в системе управления является блок задания скорости,выходные сигналы которого, воздействуя на другие узлы СУ, меняют импульсы, итакимобразомформируютсигналзаданияускоренияилизамедленияэлектропривода. Структура блока задания скорости и момента сопротивленияпоказана на рисунке 4.6.Рисунок 4.6 – Блок задания скорости и момента сопротивления104105Основным элементом в блоке задания скорости является задачик цикладвижения, которая формирует характер движения транспортного средства котораяимитирует реакцию водителя.
Данный элемент позволяет установить различныеформы стандартных и нестандартных циклов движения автомобиля для испытаниятранспортного средства. Кроме этого другой функциональный преобразовательрассчитывает сигнал задания момента сопротивления для двигателя в зависимостиот характера цикла движения, используя исходные параметры электромобиля сучетом параметров изменяющихся в процессе испытания, таких как скоростьускорение и т.д.4.3.5.
Построение имитационной модели трехканальногопреобразователя постоянного напряжения в Matlab/SimulinkИмитационнаямодельсиловойсхемытрехканальногообратимогопреобразователя постоянного напряжения (ТОППН), реализованная в Simulink,представлена на рисунке 4.7.Рисунок 4.7 – Трехканальный обратимый преобразователь постоянногонапряжения105106Импульсы управления силовых ключей S1...S6 обеспечиваются системойуправления ОППН. Имитационная модель системы управления, построенная сиспользованием идеального релейного элемента и дискретного пропорциональноинтегрального регулятора (ПИ-регулятор), генерирует на выходе прямоугольныеимпульсы управления, с изменяющейся скважностью, в зависимости от разностинапряжения задания и выходного напряжения преобразователя.На рисунке 4.8 показана реализованная в Simulink имитационная модельсистемы управления трехканального ОППН. Дискретный ПИ-регулятор, на входекоторого подводится ошибка напряжения задания и текущего значения выходногонапряжения, обеспечивает стремление выходного напряжения преобразователяприблизиться к заданному.
Изменение выходного напряжения обеспечиваетсякорректировкойтекущегозначениякоэффициентазаполненияимпульсовуправления D.Рисунок 4.8 – Модель системы управления ОППНКак видно на рисунке 4.8 на вход идеального релейного элемента подводитсявыходной сигнал дискретного ПИ-регулятора за вычетом текущего значения токакатушки индуктивности.
Это обеспечивает переключение импульсов от ключа S1106107к S2, и наоборот, в результате которого осуществляется переход от режима«накопления энергии» в катушке к режиму «отдачи энергии» в нагрузку, т.е.текущее значение тока катушки, переходя от положительного значения котрицательному, и наоборот, является естественным переключателем импульсовуправления силовыми ключами.Как было отмечено во 2-й главе данной диссертационной работы, для тогочтобы преобразователи имели возможность параллельно работать, управляющиеимпульсы второго и третьего канала должны быть смещены во времениотносительно первого, и для этого в модели используется элемент Transport Delay(блок фиксированной задержки сигнала), который обеспечивает задержку подачиимпульсов второго преобразователя относительно первого на 120°, а третьего на240°, если используется трехканальный преобразователь.
На рисунке 4.9продемонстрированы эти смещения импульсов.Рисунок 4.9 – Диаграмма импульсов управления ключейКак видно на рисунке 4.9, где показаны импульсы управления всех шестиключей S1… S6, положительные сигналы S3 и S5 имеют задержку времени tзотносительно S1.1071084.4. Результаты моделирования в Matlab/Simulink4.4.1.
Экспериментальное исследование имитационной моделиэлектромобиля с применением ОППН в силовой цепиС целью подтверждения повышения эффективности электропривода иулучшения массогабаритных показателей электромобиля, а также возможностиприменения АБ более легкой конструкции и обоснования целесообразностиповышения напряжения применением обратимого преобразователя постоянногонапряжения, были проведены три различных эксперимента:1) электропривод питается от АБ номинальным напряжением 400 В;2) электропривод питается от АБ номинальным напряжением 650 В.
Цель этогоэксперимента–показатьпреимуществоприменениявысоковольтногоэлектропривода;3) электропривод питается от АБ номинальным напряжением 400 В и сприменением ОППН оно повышается до значения 650 В. Цель данногоэксперимента показать преимущество повышения напряжения применениемППН без существенного усложнения, увеличения веса и удорожания АБ.Следует отметить, что емкость аккумуляторных батарей во всех трехэкспериментах одинаковые и составляют 120 А·ч.С целью максимального приближения экспериментальных характеристикимитационной модели к реальным, испытания проведены в стандартизированномездовом цикле движения HFEDS (англ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
